Активная радиолокационная система самонаведения



Самонаведение ракеты с помощью активной радиолокационной системы самонаведения возможно благодаря тому, что цель иначе, чем окружающий ее фон, отражает радиоволны. Для выявления этого эффекта источник ра диоволн, установленный на ракете, облучает цель так же как и обычный радиолокатор. Отраженные от цели сиг налы содержат сведения о положении и о параметрах дви жения цели. Эти сигналы принимаются приемным устрой ством ракеты, усиливаются, преобразуются и после раз ложения по двум каналам управления (ракета управляет ся по курсу и тангажу) подаются на вход автоматической устройства наведения ракеты.

Комплекс аппаратуры, включающий приемно-передающую антенну, передатчик, приемник, преобразовательные и вычислительные блоки, называют радиолокационным координатором. Координатор непрерывно и автоматически определяет направление на цель и параметры ее движения.

Блок-схема координатора (рис. 11) [5] не отличается от типичной блок-схемы радиолокационной станции. Однако,

 
 

Активная радиолокационная система самонаведения

 
 

имеются особенности. Координаторы (рис. 12) обычно компактны, потребляют небольшую электрическую мощность. Все элементы координатора размещаются, как правило, в носовой части ракеты, а антенна закрыта прозрачным для радиоволн обтекателем.

Обтекатель должен выдерживать значительные аэродинамические нагрузки и высокую температуру, возникающую вследствие трения ракеты о воздух при сверхзвуковых скоростях полета.

Передатчик радиолокационного координатора обычно работает в импульсном режиме, излучая своей антенной короткие радиоимпульсы длительностью от десятых долеи микросекунды до нескольких микросекунд. И хотя средняя мощность передатчика невелика, мощность в импульсе может доходить до 100 квт и более. Такие импульсы называются прямыми, или зондирующими. Затем наступает пауза. В паузах между излучением импульсов радиолокационный координатор той же антенной принимает сигналы, отраженные от цели. По истечении времени Т передатчик координатора посылает следующий импульс и вновь переключается на прием и т. д. Время между излучением двух импульсов называется периодом повторения Т.

Величина, обратная периоду повторения (т. е. количество импульсов в секунду), называется частотой повторения импульсов F. Она выбирается непроизвольно и
в основном зависит от дальности действия радиолокационного координатора, так как очередной импульс может быть послан передатчиком лишь после приема им-
пульса, отраженного от цели.

Время возвращения отраженного сигнала зависит от дальности до цели. Зная скорость распространения электромагнитной энергии, можно определить время прохождения импульса до цели и обратно.

 
 

Активная радиолокационная система самонаведения

 
 

Если расстояние между ракетой и целью равно Д, тогда наибольшую длительность периода повторения Т, равную времени от момента излучения импульса до приема отраженного сигнала, можно подсчитать по формуле

 
 

Активная радиолокационная система самонаведения

 
 

Очевидно, период повторения импульсов Т будет наибольшим и равным Тмакс при работе координатора на максимальную дальность Дмакс. Чтобы отраженный импульс от цели был принят до излучения следующего импульса, период повторения Т между излучаемыми импульсами должен быть больше Тмакс, а частота повторения импульсов должна быть меньше величины 1/Тмакс.

Таким образом, частоту повторения импульсов можно определить из условия:

 
 

Активная радиолокационная система самонаведения

 
 

Для координаторов со сравнительно небольшой дальностью действия частота повторения импульсов обычно превышает 500 импульсов в секунду.

Импульсы, выработанные передатчиком, как правило, имеют одинаковую амплитуду и излучаются направленной антенной.

Антенна радиолокационного координатора чаще всего параболическая (рис. 13). Она состоит из облучателя и

 
 

Активная радиолокационная система самонаведения

 
 

отражателя (рефлектора) специальной формы. Внутреннюю поверхность отражателя иногда называют зеркалом антенны, так как она выполняет ту же роль, что и зеркало обычного прожектора, но уже не для световых лучей, а для радиоволн.

Облучатель может быть выполнен в виде вибратора или рупора. При передаче облучатель излучает на рефлектор электромагнитные колебания, а при приеме улавливает отраженные от рефлектора радиосигналы. Облучатель помещается в фокальной плоскости (в плоскости фокуса) параболического отражателя.

Антенна координатора обычно имеет игольчатую диаграмму направленности. Диаграмма направленности — графическое изображение величины излучаемой или принимаемой электромагнитной энергии.

Для удобства рассмотрения объемную диаграмму направленности представляют в виде двух диаграмм, характеризующих направленные свойства антенны в горизонтальной и вертикальной плоскостях. Каждая из плоскостных диаграмм отражает относительное распределение излучаемой (принимаемой) мощности по всем направлениям в данной плоскости. Величинам распределенных мощностей Р соответствуют определенные длины векторов, концы которых образуют замкнутую кривую — диаграмму направленности радиолуча (рис. 13). Угол, заключенный между векторами, длины которых соответствуют 0,5 Рмакс, носит название ширины диаграммы θа (радиолуча) по половинной мощности и определяется по формуле

 
 

Активная радиолокационная система самонаведения

 
 

Важной характеристикой антенны, показывающей ее направленные свойства, является коэффициент направленного действия G, который связан с ее эффективной площадью Sa следующим соотношением:

 
 

Активная радиолокационная система самонаведения

 
 

Для остронаправленных антенн с игольчатыми диаграммами направленности величину G можно представить следующим соотношением:

 
 

Активная радиолокационная система самонаведения

 
 

Величина коэффициента направленного действия для антенн иностранных координаторов лежит в пределах от нескольких десятков до нескольких тысяч.

Принцип образования равносигнальной зоны. В активных радиолокационных координаторах применяется общая приемно-передающая антенна с игольчатой диаграммой направленности (лучом), форма которой определяется конструкцией антенны, ее размерами и длиной волны излучаемых колебаний. Чем больше размеры антенны и чем короче волна, которую она излучает, тем уже диаграмма направленности. Поэтому не случайно в иностранных радиолокационных головках самонаведения применяются ультракороткие, сантиметровые радиоволны.

Антенну, работающую на более коротких волнах, легче разместить на ракете.

Ранее было сказано, что диаграмма направленности антенны радиолокационного координатора имеет форму иглы. Но для определения координат цели такой диаграммы направленности недостаточно. Для определения угловых координат цели с одной антенной необходимо применять простой (амплитудный) метод пеленга с коническим сканированием луча. При этом облучатель, помещенный в фокальной плоскости, смещается на некоторое расстояние относительно фокуса параболического зеркала. Смещение облучателя позволяет отклонить радиолуч на некоторый угол. Если облучатель сместить, например, вниз (рис. 14, а), то радиолуч отклонится от оси зеркала на некоторый угол вверх. Когда облучатель смещен вверх (рис. 14, б), то радиолуч отклонится вниз. Таким образом, величина и направление смещения радиолуча зависят от величины и направления смещения облучателя относительно оси зеркала. При вращении смещенного в фокальной плоскости облучателя с частотой Fр по окружности, центр которой совпадает с фокусом зеркала, ось радиолуча, отклоненная от оптической оси на угол β, будет описывать коническую поверхность (рис. 15).

Частота Fр, с которой радиолуч вращается вокруг оси 00\ конуса, называется частотой конического сканирования.

Мощность сигнала, излучаемого вдоль оси ОО1 не наибольшая и составляет примерно 60—80% от максимальной. По мере удаления от оси в любом радиальном направлении вначале мощность сигнала возрастает до максимума (на образующей конуса), а затем снова уменьшается. Таким образом, радиолуч при вращении просматривает пространственную зону, ограниченную конической

 

 

Активная радиолокационная система самонаведения

 
 

Активная радиолокационная система самонаведения

 

 

поверхностью с впадиной в центре и вершиной в фокусе параболоида.

Интенсивность излучения по оси рефлектора при всех положениях вращающегося радиолуча постоянна. Направление, в котором излучение постоянно, называют осью равносигнальной зоны (001 рис. 15), или равносигнальным направлением.

Для характеристики координаторов цели существенное значение имеет полный угол зрения 2θII под которым понимают угол, в пределах которого рассматриваемая система излучает или улавливает основную энергию [4]. Из рис. 15 следует, что радиолуч в процессе вращения охватывает угол, равный β + θа/2. Поэтому можно считать полный угол зрения равным пространственному углу:

 
 

Активная радиолокационная система самонаведения

 
 

Из последнего равенства видно, что полный угол зрения зависит от ширины диаграммы направленности (радиолуча) 0а и от угла раствора диаграммы направленности 2р. Чем больше угол зрения координатора, тем большую часть пространства «осматривает» координатор. При малом угле зрения координатор может потерять цель при случайном колебании ракеты или маневре цели. В радиолокационных координаторах величина минимально допустимого (полного) угла зрения составляет в большинстве случаев 10—20° [4].

Образование сигнала ошибки. Направление на цель относительно равносигнального направления, как уже об этом говорилось, можно определить углом рассогласования ср и углом фазирования Ф. На рис. 16 показан случай, когда направление на цель (линия OЦ) не совпадает с равносигнальным направлением 001. Совместим с равносигнальным направлением ось ОХ системы прямоугольных координат X, Y, Z. Тогда φ — угол рассогласования между равносигнальным направлением и направлением на цель может быть определен двумя углами φy и φz. При этом φy — угол рассогласования по тангажу, a φz— угол рассогласования по курсу.

Установим, как меняется амплитуда отраженных импульсов при вращении радиолуча от изменения углов рассогласования φ и фазирования Ф — угла, заключенного между продольной плоскостью, проходящей через ось координатора, и плоскостью, проходящей через ось координатора и линию ракета — цель.

За начало отсчета времени возьмем момент, когда максимум радиолуча проходит через ось ОУ (точка 1, рис. 17, а).

Если мысленно провести через цель секущую плоскость, перпендикулярную к оси рефлектора (картинную плос-

 
 

Активная радиолокационная система самонаведения

 
 

кость), то можно себе представить чертеж, изображенный на рис. 17, а. При вращении облучателя ось радиолуча непрерывно движется по окружности, занимая последовательно положения 1, 2, 3,.., 8, 1 и т. д. На рисунке радиолуч (его сечение заштриховано) изображен в положении 1. Равносигнальное направление (зона) проходит через точку О, которая при вращении радиолуча не меняет своего положения.

Если цель находится на оси равносигнальной зоны (в точке О), то энергия, отражаемая целью и принятая приемным устройством, будет одинаковой при всех перемещениях луча (рис. 17, б). Как только цель станет уходить с оси равносигнальной зоны, принятые сигналы начнут менять свою величину и превратятся в сигналы, про- модулированные по величине. При этом глубина модуляции будет возрастать, принимая максимальное значение при отклонений цели от оси равносигнальной зоны на угол р. При отклонении цели на угол, больший чем угол р, координатор теряет цель.

Если предположить, что цель находится где-нибудь на окружности с точками 1—8, то модуляция импульсных сигналов будет наибольшей, а фаза сигналов (например, по-

 
 

Активная радиолокационная система самонаведения

 
 

ложение максимумов относительно точки 1) будет определяться углом фазирования ф.

Рассмотрим характер изменения импульсов, поступающих на вход приемника, при нахождении цели в точках 1, 2, 3, 5 и 7, которым соответствуют углы фазирования 0;

1/4π, 1/2π; π; 3/2π. Условно примем, что луч вращается в направлении, противоположном движению часовой стрелки.

Если цель находится в точке 1, то амплитуда импульсов на входе приемника будет максимальна в тот момент, когда максимум диаграммы направленности (ось радиолуча) проходит точку 1, и минимальна, когда радиолуч своим максимумом проходит точку 5. Если отсчитывать время начиная с момента, когда радиолуч направлен на точку 1, то отраженные от цели (в точке 1) импульсы будут иметь вид, показанный на рис. 17, в.

Когда цель находится в точке 5, то отраженные от цели импульсы при прохождении радиолучом точки 1 (начала отсчета) будут минимальными (рис. 17, г), а затем начинают увеличиваться, достигая максимума при прохождении радиолучом точки 5, где расположена цель. Из рис. 17, в и г видно, что при перемещении цели из верхнего положения 1 в нижнее 5 фаза огибающей импульсов (например, положение максимумов) сдвигается на половину полного колебания (т. е. на величину Ф=180°).

Учитывая то обстоятельство, что максимальная амплитуда принятых импульсов соответствует моменту прохождения осью радиолуча цели, получим соответственно графики для случаев, когда угол фазирования Ф = 1/2π (рис. 17,д); Ф = 3/2π: (рис. 17, е) и Ф = 1/4π (рис. 17, ж).

Кривые, изображенные на рис. 17, в — ж, получены при условии, что угол рассогласования ср при различных положениях цели одинаков, т. е. цель не сходит с окружности сточками 1-8. Большему углу рассогласования (при условии, что угол рассогласования φ меньше угла β, образованного осью радиолуча и осью антенны координатора) будет соответствовать и большая глубина модуляции сигнала (рис. 18).

 
 

Активная радиолокационная система самонаведения

 
 

Амплитуда импульсов (рис. 17, 18) меняется по периодическому закону, близкому к синусоидальному, с частотой, равной частоте вращения радиолуча вокруг оси ОО1. Обычно частота вращения луча составляет 20 - 100 пер/сек [4].

Очевидно, что форма и положение огибающей радиосигналов на входе приемника зависят как от углов рассогласования φ, так и от углов фазирования Ф. Причем при одном и том же угле рассогласования φ форма огибающей импульсов остается неизменной, а с изменением угла фазирования смещается лишь положение максимального значения огибающей импульсов. Обычно говорят, что глубина модуляции огибающей импульсов зависит от угла рассогласования, а ее фаза, т. е. положение какой-то точки, например наивысшей, зависит от угла фазирования.

Таким образом, глубина модуляции и фаза огибающей импульсов однозначно определяют направление на цель.

 
 

Активная радиолокационная система самонаведения

 
 

Напомним, что каждый импульс из принятых антенной и поступающих на вход приемника представляет собой серию высокочастотных колебаний (рис. 19). Колебания высокой частоты в приемнике преобразуются в промежуточную частоту, усиливаются и поступают на вход детектора. Детектор преобразует усиленные колебания промежуточной частоты в импульсы, сохранившие только внешнюю форму высокочастотных сигналов (рис. 19, в). Полученные после детектирования импульсы называют видеоимпульсами, а детектор, используемый для их выделения, — видеодетектором. Далее видеоимпульсы усиливаются видеоусилителем. С выхода видеоусилителя приемника снимаются видеоимпульсы, напряжение которых меняется по тому же закону, по которому меняется амплитуда высокочастотных радиоимпульсов на входе приемника.

Видеоимпульсы детектируются детектором напряжения сигнала ошибки. Суть второго детектирования заключается в том, что выделяется огибающая видеоимпульсов. Эта огибающая, имеющая вид синусоиды, называется сигналом ошибки (рис. 19, г). Полученный сигнал ошибки представляет собой колебания с амплитудой UM, фазой Ф, частотой Ωр и математически может быть записан как Uс = UM cos ( Ωpt - Ф).

Частота сигнала ошибки равна частоте вращения радиолуча антенны, а амплитуда и фаза определяют положение цели (углы φ и Ф) относительно равносигнального направления.

Видеоимпульсы перед подачей на детектор сигнала ошибки пропускаются через селектор импульсов по дальности (рис. 11), который отделяет импульсы, отраженные от выбранной для сопровождения цели, от импульсов, отраженных от других целей.

Импульсы выделяются с помощью специальных селектирующих импульсов, которые открывают приемный тракт лишь в те моменты, когда ожидается поступление импульса, отраженного от выбранной цели. В качестве селекторных импульсов берутся пусковые импульсы передатчика координатора, которые специальной схемой задержки сдвигаются во времени так, что они воздействуют на селектор дальности одновременно с видеоимпульсами, отраженными от автоматически сопровождаемой цели.

Благодаря селектору дальности на вход детектора сигнала ошибки поступают лишь видеоимпульсы, отраженные от выбранной цели. При изменении расстояния между снарядом и целью задержка селекторных импульсов изменяется автоматически.

Разложение сигнала ошибки по двум каналам. Процесс самонаведения. Сигнал ошибки не может быть непосредственно использован для управления рулями ракеты. Как уже было показано, управление ракетой происходит по двум угловым координатам — по курсу и тангажу. Поэтому сигнал ошибки нужно предварительно разложить на две составляющие (рис. 20), пропорциональные отклонению цели от равносигнального направления по тангажу и курсу.

Разложение сигнала ошибки на две составляющие выполняют фазовые коммутаторы курса и тангажа. На фазовые коммутаторы, иначе называемые фазовыми детекторами, кроме сигнала ошибки, подается опорное напряжение. Необходимость в опорном напряжении появляется вследствие того, что по сигналу ошибки, полученному в виде синусоиды, можно судить лишь о величине угла рассогласования. Чтобы по сигналу ошибки можно было судить и об угле фазирования, необходимо знать такое положение синусоиды сигнала ошибки, которое соответствовало бы углу фазирования Ф = 0. Угол фазирования легко отсчитать, если использовать начальное (опорное) напряжение, фаза которого постоянна и жестко связана с частотой вращения антенны. Для этого следует лишь сравнить фазы опорного напряжения и напряжения сигнала ошибки.

 
 

Активная радиолокационная система самонаведения

 
 

Двигатель, вращающий облучатель антенны, одновременно вращает ротор генератора опорных напряжений. Генератор опорных напряжений служит для практического осуществления фиксации начала отсчета (Ф = 0) и вырабатывает два синусоидальных напряжения, частоты которых равны частоте вращения вибратора, а фазы сдвинуты на 90° относительно друг друга и раздельно подаются на каналы управления курсом и тангажом. Если опорное напряжение тангажа записать в виде выражения

 
 

Активная радиолокационная система самонаведения

 
 

Эти напряжения обычно преобразуются ограничительными схемами в напряжения прямоугольной формы, которые подаются на вход фазовых коммутаторов, выделяющих соответственно сигналы управления по тангажу и по курсу (рис. 11).

Фазовые коммутаторы на выходе создают постоянные напряжения той или иной полярности. Так, например, с выхода коммутатора тангажа снимается постоянное напряжение, знак которого зависит от направления смещения цели от равносигнального направления в продольной плоскости (по тангажу), а величина напряжения определяется величиной смещения. Чем больше смещение цели, тем больше напряжение.

На выходе коммутатора курса создается напряжение, знак которого зависит от направления смещения цели в поперечной плоскости (по азимуту). Величина напряжения также определяется величиной смещения.

Таким образом, с выхода фазового детектора тангажа снимается постоянное напряжение Uy пропорциональное рассогласованию по тангажу φу:

 
 

Активная радиолокационная система самонаведения

 
 

С выхода фазового детектора курса снимается постоянное напряжение Uz, пропорциональное рассогласованию по курсу φz:

 
 

Активная радиолокационная система самонаведения

 
 

Напряжения с выходов коммутаторов усиливаются усилителями и поступают на двигатели тангажа и курса антенного привода, поворачивающие антенну соответственно в продольной или поперечной плоскости до тех пор, пока отклонение цели от оси антенны не будет устранено, т. е. пока не исчезнет сигнал ошибки.

Так радиолокационная система автоматического сопровождения цели по углам обеспечивает слежение антенны за целью.

Ракета управляется по каналам тангажа и курса. По крену ракета обычно стабилизируется. Управляющие сигналы (Uу и Uz) с выхода радиолокационного координатора поступают на счетно-решающий прибор, который преобразует поступающую на него информацию и вырабатывает команды управления в соответствии с заданным методом наведения. В зависимости от метода наведения к счетно-решающему прибору поступают данные об угловых перемещениях цели, а иногда и об угловых скоростях этих перемещений [6, 7]. Вся эта информация может быть получена как непосредственно от антенны, которая все время следит за целью и положение которой относительно ракеты все время изменяется, так и с выхода фазовых коммутаторов.

Со счетно-решающего прибора сигналы управления поступают на автоматическое устройство управления, которое через свои приводы управляет рулями и разворачивает ракету в нужном направлении.

Если отражатель антенны жестко связать с корпусом ракеты, то единственным источником информации о положении цели будут фазовые коммутаторы. В этом случае выходные напряжения фазовых коммутаторов подаются непосредственно на автоматическое устройство для управления рулями тангажа и курса. Однако антенны на корпусе ракеты жестко крепятся очень редко, потому что при случайных колебаниях ракеты или при резких маневрах цели на малых дистанциях цель может выйти из поля зрения координатора и ракета потеряет управление.

Чтобы избежать потери цели, антенную систему устанавливают на стабилизированной платформе. При поворотах ракеты антенна сохраняет неизменным направление на цель. Благодаря этому ракета может поворачиваться более плавно, что очень важно, так как упрощает конструкцию ракеты и увеличивает точность наведения ее на цель.

Ракета изменяет свое положение в пространстве в соответствии с выбранным методом наведения, а антенна должна отработать эти изменения, повернувшись так, чтобы сохранить направление на цель. Слежение антенны за целью позволяет использовать любой метод наведения.

Сопровождение цели по дальности. Как было показано раньше, координатор автоматически сопровождает цель по угловым координатам. Для работы системы самонаведения измерять дальность до цели не обязательно, однако автоматическое сопровождение (измерение) цели по дальности во многих случаях целесообразно. Во-первых, дальность до цели может быть использована в счетно-решающем приборе для решения задачи встречи при некоторых методах наведения и для приведения к боевой готовности (взведения) взрывателя. Во-вторых, при наличии в поле зрения координатора многих целей необходимо наводить ракету только на одну, заранее намеченную, т. е. отселек- тированную (выбранную) цель. Для этого в систему наведения вводится схема селектора по дальности, которая пропускает в приемник только те сигналы, которые приходят из узкого участка пространства (по дальности), в котором находится выбранная цель. Таким образом, почти исключается попадание в координатор сигналов от других целей, что повышает надежность работы системы самонаведения.

Для наведения ракеты на выбранную цель необходимо постоянно следить за целью, т. е. «сопровождать» цель. Перед сопровождением нужно найти цель, а затем «захватить» ее по угловым координатам и дальности. Для этого координатор цели сначала работает в режиме поиска по угловым координатам.

При поиске антенная система поворачивается в определенных пределах, просматривая достаточно большой сектор пространства. Одновременно с обзором до или после захвата цели по угловым координатам производится автоматический поиск цели по дальности. В результате происходит захват цели по дальности. С этого момента начинается автоматическое сопровождение цели. При сопровождении цели сигналы ошибки по углам, необходимые для наведения ракеты, будут вырабатываться по отселек- тированной цели.

Цель может захватываться координатором ракеты различными способами. Например, перед пуском ракеты класса «воздух — воздух» с активной радиолокационной системой самонаведения обнаружение и захват цели производятся с помощью радиолокационной станции поиска и стрельбы.

Координатор ракеты объединяется с радиолокационной станцией самолета-перехватчика, которая имеет большую мощность, большие габариты антенн и, следовательно, большую дальность обнаружения по сравнению с радиолокационным координатором ракеты. По радиолокатору пилот выводит самолет на обнаруженную цель так, как это необходимо для успешного пуска ракеты. Чтобы убедиться, что координатор ракеты захватил нужную цель, сигнал координатора, отраженный от цели, сравнивается с сигналом самолетного радиолокатора. Как только координатор ракеты захватит выбранную цель, производится пуск ракеты и.

При пуске ракет класса «земля — воздух» воздушная цель захватывается до пуска на земле радиолокационным координатором по целеуказанию наземных станций обнаружения. Пуск ракеты производится после захвата цели.

Возможны и другие способы обнаружения и захвата воздушной цели (координатором ракеты и оптическим прибором самолета-носителя).

Дальность действия активного радиолокационного координатора. Важнейшей характеристикой радиолокационного координатора является его максимальная дальность действия — наибольшая дальность, при которой на выходе координатора получаются устойчивые сигналы управления, необходимые для автоматического слежения антенны за целью и для наведения ракеты.
 
На величину максимальной дальности действия радиолокационного координатора цели влияют: мощность передатчика, характеристики приемно-передающей антенны, отражающие свойства цели, чувствительность приемника и поглощающие свойства атмосферы, в которой распространяются радиоволны.

Рассмотрим, как же влияют эти величины на максимальную дальность действия? Предположим, что передатчик координатора излучает импульсный сигнал мощностью РПер. Часть электромагнитной энергии, отразившись от цели, возвращается обратно и принимается антенной координатора. Вначале, когда расстояние Д между снарядом и целью велико, сигнал на входе приемника будет настолько слаб, что он не будет воспринят приемником. По мере уменьшения этого расстояния мощность сигнала на входе приемника будет возрастать и на некотором расстоянии станет равной пороговой Рпрм.мин. Пороговой мощностью называют минимальную мощность сигнала на входе приемника, необходимую для нормального приема сигналов от цели. Дальность ДМакс, при которой мощность сигнала на входе приемника равна ее пороговому значению Рпрм.мин, называют максимальной дальностью действия радиолокационного координатора цели.

Если расстояние между координатором цели и целью меньше чем ДАСмакс (максимальная дальность, на которой возможно автоматическое сопровождение цели), то мощность на входе приемника будет вполне достаточной для надежной работы системы самонаведения.

Максимальная дальность действия активного радиолокационного координатора Длсмакс может быть определена по формуле

 
 

Активная радиолокационная система самонаведения

 

 

Активная радиолокационная система самонаведения

 
 

Из формулы видно, что дальность действия активного радиолокационного координатора в одинаковой мере может быть увеличена либо за счет повышения мощности
передатчика, а следовательно, и отраженного сигнала, принятого антенной, либо за счет улучшения чувствительности приемного устройства.

Использование приемного устройства, способного улавливать самые маломощные колебания электромагнитной энергии, обычно целесообразнее (при этом отпадает необходимость в значительном увеличении потребляемой мощности, а следовательно, и веса), но повышение чувствительности приемника имеет предел. Принятый сигнал может быть настолько слабым, что затеряется на фоне шумов, возникающих в приемном тракте. Помехи, поступающие на приемную антенну, также затрудняют выделение сигнала.

Мощность отраженного сигнала может быть увеличена, если изменить некоторые параметры антенны и передатчика.

Так, увеличивая мощность передатчика Рпрм, можно заметно увеличить дальность действия головки самонаведения. Но при этом вес и габариты передатчика и источников питания возрастают так быстро, что установка мощных передатчиков на управляемых ракетах пока считается нецелесообразной.

Увеличивать коэффициент η, характеризующий уровень пересечения диаграммы направленности с оптической осью антенны, свыше некоторого значения нецелесообразно, так как при этом понижается точность определения координат цели.

Формулу, определяющую значение ДАСмакс, можно представить и в другом виде. Так как

 

 

Активная радиолокационная система самонаведения

 

 

то

 

 

Активная радиолокационная система самонаведения

 
 

Из последней формулы видно, что дальность действия может быть увеличена укорочением длины волны. Это объясняется тем, что при неизменном значении эффективной площади антенны Sа коэффициент направленного действия антенны G возрастает.

 
 

Активная радиолокационная система самонаведения

 
 

Из полученной формулы следует, что для увеличения дальности действия целесообразно уменьшать ширину диаграммы направленности. Однако применение узких диаграмм направленности в радиолокационных координаторах может привести к потере цели при резких колебаниях ракеты и маневрах цели.

Из рассмотренных формул видно, что для увеличения дальности действия активного радиолокационного координатора цели можно увеличить эффективную площадь антенны Sа и мощность передатчика РПер, однако и то и другое на ракете ограничено допустимыми габаритами и весом аппаратуры. Пороговая чувствительность приемника также ограничивается шумами радиолокационного приемника. Таким образом, дальность действия активного радиолокационного координатора не может быть достаточно большой, что является недостатком координатора, ограничивающим его применение.

Для того чтобы максимально уменьшить вес и габариты активного радиолокационного координатора, необходимо уменьшить вес антенной системы. Для этого применяют аппаратуру более коротковолнового диапазона, т. е. укорачивают длину волны. Но укорачивать длину волны можно лишь до определенного предела, так как с уменьшением длины волны обычно падает максимально возможная мощность излучения передатчика и ухудшается пороговая чувствительность приемника. Повышается ослабление радиоволн при прохождении ими атмосферы. От длины волны зависит разрешающая способность координатора, т. е. раздельное наблюдение находящихся близко друг от друга целей, а также и точность определения направления на цель. Разрешающая способность и точность определения направления на цель в основном определяются шириной радиолуча, поэтому стремятся создать более узкий луч, что можно сделать без увеличения габаритов отражателя только на более коротких волнах.

Точность наведения активной системы, не считая общих для всех систем факторов (характеристик ракеты, метода наведения и др.), определяется в основном длиной волны и антенными характеристиками и, как у всякой системы самонаведения, повышается с уменьшением расстояния между снарядом и целью.

Обычно в радиолокационных координаторах применяют сантиметровые волны. Это объясняется тем, что на более длинных волнах для создания узких диаграмм направленности требуются слишком большие габариты антенн, которые нельзя установить на ракете. Применение более коротких (миллиметровых) волн ограничивается в первую очередь возрастанием зависимости дальности действия от метеорологических условий и связанным с этим падением дальности и надежности действия систем.

Достоинства и недостатки активной радиолокационной системы. Основным достоинством активной радиолокационной системы считают то, что дальность действия ее мало зависит от метеорологических условий и от времени суток. Ракеты с такими системами в полете совершенно автономны и позволяют вести атаку с любого направления.

Существенным недостатком активной радиолокационной системы самонаведения считается возможность нарушения ее работы различными искусственными помехами: активными — специальными станциями помех, и пассивными— сбрасываемыми металлизированными лентами и диполями. Если не принять специальных мер, то наведению ракеты могут помешать цели, летящие на одном направлении с выбранной.

Для улучшения помехозащищенности систем уменьшают ширину диаграммы направленности антенны координатора и длительность импульсов передатчика, применяют специальные схемы автоматического сопровождения цели по дальности. При этом приемник работает лишь в те моменты, когда ожидается прием отраженных от цели импульсов, отсеивая мешающие сигналы от «посторонних» целей.

Иногда для улучшения помехоустойчивости радиосигналы передатчика кодируют с последующим дешифрированием принимаемых от цели сигналов в радиолокационном приемнике. Кроме того, применяют некоторые специальные устройства, которые могут устранять или значительно ослаблять сигналы пассивных помех (селекция подвижных целей и др.).

Недостатком активной радиолокационной системы самонаведения по сравнению с телеуправлением или автономным наведением считается малая дальность действия, хотя она и больше дальности действия пассивной инфракрасной системы.

Боевое применение ракет с активными радиолокационными системами самонаведения. Считают, что активные радиолокационные системы самонаведения могут применяться для ракет всех классов: «воздух — воздух», «земля — воздух», «воздух — земля» и «земля — земля». Для последних двух классов самонаведение может применяться, если наземная цель имеет достаточный радиолокационный контраст относительно окружающего фона, т. е. в основном для ракет «воздух — корабль», «корабль — корабль» и «земля — корабль». На ракетах среднего и дальнего действия активные радиолокационные системы самонаведения могут применяться на этапе конечного наведения. В этом случае координатор ракеты должен работать сначала в режиме поиска, а затем после захвата цели в режиме автоматического сопровождения.

При применении активного самонаведения на ракетах класса «воздух — земля» цель в большинстве случаев обнаруживается радиолокатором самолета-носителя. Считается, что перед пуском ракет класса «земля — воздух» необходимо, чтобы антенна координатора ракеты в режиме поиска была согласована с антеннами наземных или корабельных радиолокаторов сопровождения обнаруженных целей.

Захват цели координатором производится или на земле (корабле) перед пуском, или в полете. В последнем случае ракета в район, где должен начаться поиск, выводится с помощью автономной или телеуправляемой системы наведения (например, на ракете «Бомарк»).

При применении активного самонаведения на ракетах класса «воздух — воздух» положительным качеством (при сравнении с полуактивным самонаведением) является то, что после пуска ракеты самолет-носитель может уходить из опасной зоны в любом направлении или пускать вторую ракету. Число целей, по которым может быть произведена атака, или число ракет, выпускаемых по одной цели, зависит от времени обнаружения и захвата цели радиолокатором самолета-носителя, от времени обнаружения и захвата цели радиолокационным координатором ракеты и времени, требующегося на пуск ракеты, а также от скорости носителя и цели, числа ракет, находящихся на борту носителя [6, 7].

 

 

Смотрите также